高校講座 物理基礎 43.比熱の測定

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高校講座「物理基礎」。今回のテーマは『比熱の測定』です。今まで学習した熱量の公式や、熱量の保存を用いて問題を解いていくことになります。
前回内容の復習『熱量の保存』

比熱の測定

比熱の測定に関する問題を解いていく前に、まずはここまでのおさらいを簡単に行っておきましょう。

比熱 c

比熱とは、物質1gを1K上昇させるのに必要な熱量でした。比熱が大きい物質は温まりにくく冷めにくいことを表し、比熱が小さい物質は温まりやすく冷めやすいことを表しています。質量1gあたりで考えるのがポイントでした。単位は J/(g・K)です。

熱容量 C

熱容量とは、物質を1K上昇させるのに必要な熱量で、物質の質量も加味したものになります。ですので、熱容量は比熱と物質の質量の積で求めることができます。
熱容量C=mc[m:質量 c:比熱]
単位は J/Kです。

熱量 Q

熱量とは、物質の中の粒子がもつ運動エネルギーの総量で、内部エネルギーとも呼ばれます。温度が高い物質は、内部の粒子が持つ運動エネルギーが大きい状態です。熱量を表す単位は、エネルギーを表す単位と同じく[J]で表すことになります。熱量を求める公式は次の通りでした。
熱量Q=mcΔT[m:質量 c:比熱 ΔT:温度変化]

熱量の保存

熱量の保存とは、空気中などに熱が逃げていかない場合、高温物体と低温物体が接している場合、高温物体が失った熱量と低温物体が得た熱量が等しくなることです。この関係を使って熱量を計算したり、比熱を求めたりします。
高温物体が失った熱量=低温物体が得た熱量

以上のことをマスターしておけば、熱量の計算で困ることはないでしょう。それでは問題に挑戦してみましょう。

【問題】比熱の測定

断熱材で覆われている熱量計に、水300gを入れると全体の温度が20℃になった。水の比熱を4.2J/(g・K)として、次の問いに答えよ。

(1)この熱量計の中に50℃の水100gを追加して入れると、全体の温度が25℃になった。熱量計の熱容量は何J/Kか。

(2)さらに、この中に100℃の質量200gの金属球を入れると、全体の温度が40℃になった。この金属球の比熱は何J/(g・K)か。

問題のダウンロードはこちら!

【解説動画】比熱の測定

【解答】比熱の測定

(1)低温物体が得た熱量mcΔT=高温物体が失った熱量mcΔT
(300×4.2+C)×(25-20)=100×4.2×(50ー25)
C=840J/K

(2)低温物体が得た熱量mcΔT=高温物体が失った熱量mcΔT
(400×4.2+840)×(40-25)=200×c×(100-40)
c=3.15≒3.2J/(g・K)

各教科ごとの学習

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